基于总应变裂缝本构的矩形钢管-钢管混凝土组合桁架静力性能分析

基于约束混凝土的总应变裂缝本构模型,利用大型通用有限元程序MIDAS/FEA建立了空钢管桁架、钢管-钢管混凝土组合桁架和钢管混凝土桁架的有限元模型,进行约束混凝土本构模型的有效性验证及试验桁架静力性能分析。结果表明,文中有限元模型能较好地反映钢管-钢管混凝土组合桁架的静力性能,可以对影响组合桁架静力性能的各种参数进行分析。桁架破坏均发生在节点部位,但节点失效模式不同,主管内填混凝土改变了节点的失效模式。桁架的极限承载力均受到节点控制,主管内填混凝土能够有效提高桁架节点的强度和刚度,从而提高桁架的承载能力,减小桁架的整体变形。     

钢-混组合截面外包薄钢组合管梁抗弯性能研究

为了对不同夹层混凝土强度的钢-混组合截面外包薄钢组合管梁抗弯性能进行分析,通过试验和有限元软件模拟相结合的方法,选用外层为薄壁不锈钢管,内层为钢管,双壁管中间分别喷注混凝土强度等级为C20、C40、C60的三种试件,采用分级加载方式对试件进行加载,试验结果与有限元软件模拟的结果相吻合。研究结果表明:随着混凝土强度的提高,试件的抗弯承载力提高、延性增大,能发生较大的塑性变形以吸收能量。     

空间管桁架混凝土组合梁受弯性能试验研究

设计制作了空间管桁架混凝土组合梁,通过组合梁的试验研究,得到了荷载-跨中挠度关系曲线、组合梁沿梁长方向的挠度曲线以及组合梁跨中截面应变沿梁高变化曲线,对比有限元分析结果表明：组合梁纵向应变沿梁高近似符合平截面假定;在整个受力阶段钢管桁架和混凝土翼板共同受力性能良好;组合梁在荷载作用下的抗变形能力较强;管桁架节点受力复杂,节点承载力是结构承载力的控制因素;有限元模型可以真实地反映实际结构的受弯承载力和挠度发展的情况。     

简支组合管桁架的试验研究

为了研究组合管桁架的承载性能,对2根简支组合管桁架进行了竖向加载试验。分析了组合管桁架在竖向荷载作用下的受力性能、破坏机理、变形能力以及管桁架的内力分布规律。结果表明:组合管桁架具有良好的承载能力和变形能力;混凝土板厚的组合管桁架的承载能力高于板薄的组合桁架;上弦杆的轴力跨中较小,支座处较大;下弦杆的轴力跨中较大,支座处较小;跨中部分腹杆的轴力较小,支座部分腹杆的轴力较大。     

内藏桁架混凝土组合高剪力墙抗震性能

为改善混凝土高剪力墙的抗震性能,提出了内藏桁架混凝土组合高剪力墙,其内藏桁架包括钢桁架、钢筋桁架及型钢-钢筋组合桁架.该新型剪力墙为双重组合剪力墙,即将桁架与剪力墙两种受力体系组合、型钢与混凝土两种材料组合联合应用.进行了6个1/3缩尺的高剪力墙抗震性能试验研究;对比分析了普通混凝土高剪力墙、内藏钢框架混凝土高剪力墙和内藏桁架混凝土组合高剪力墙的承载力、延性、刚度及其衰减、滞回特性、耗能能力及破坏特征;建立了内藏桁架混凝土高剪力墙的刚度和承载力计算模型;提出了该新型剪力墙的抗震设计建议.计算结果与实测值符合较好.试验表明,内藏钢框架及内藏桁架混凝土高剪力墙的抗震性能比普通混凝土高剪力墙的抗震性能明显提高.     

预应力混凝土钢管桁架叠合底板受力性能研究

为研究预应力混凝土钢管桁架叠合底板受力性能及各个结构要素对预应力混凝土钢管桁架叠合底板整体受力性能的影响,采用ABAQUS有限元软件建立模型并对数据进行分析,计算得出叠合底板试件的荷载-跨中挠度曲线关系,并将有限元计算的数据与既有试验数据进行了对比.发现有限元软件计算模拟的荷载-跨中挠度曲线关系变化与试验测得数据基本一致,在此基础上,研究了钢管直径、钢管壁厚、底板跨度、预应力筋数量、预应力大小、混凝土强度、砂浆强度等因素对预制板承载力的影响.研究结果表明：预应力大小、钢管壁厚、预应力筋数量、灌浆料强度、叠合板跨度对叠合板承载力影响较大,混凝土强度对叠合板承载力影响较小.     

装配式T型钢空腹夹层板组合楼盖受力性能研究

为研究装配式T型钢空腹夹层板组合楼盖的受力性能,对其理论计算公式进行了推导,并利用ABAQUS有限元分析软件建立了四边简支承装配式T型钢空腹夹层板组合楼盖的有限元模型,探讨各影响因素对该组合楼盖抗弯承载力的影响程度。分析结果表明:钢板厚度和钢材强度等级的改变对组合楼盖抗弯承载力的影响十分明显,而上层浇筑混凝土板厚度的增加、混凝土强度等级的提高,及连接上层混凝土板与下部钢结构的栓钉间距的减小,对组合楼盖抗弯承载力有一定的影响。理论计算方法验证结果表明,将组合楼盖截面的整体弯矩按上、下肋构件截面的刚度进行分配,再分别按组合构件和拉弯构件进行设计计算的方法是可行的。     

内翻U形外包钢组合梁正截面抗弯承载力分析

为研究新型内翻U形外包钢混凝土组合梁正截面抗弯承载力及其构造要求,以已有内翻U型外包钢混凝土组合连续试验梁为参照,建立该组合连续梁非线性有限元模型,模拟组合连续梁有限元模型的荷载跨中挠度曲线,并与相关试验结果对比,验证了该组合梁有限元模型的建模方法和参数选取的合理性与有效性。应用建立的组合连续梁有限元模型,分析了内翻外包钢混凝土组合梁正截面抗弯承载力的主要影响参数。综合内翻U型外包钢混凝土组合连续梁正截面抗弯承载力试验和模拟结果,提出采用简化塑性理论计算组合梁正截面抗弯承载力计算时,组合梁正截面抗弯承载力塑性理论计算值应乘0.96的修正系数。0.96倍组合梁正截面抗弯承载力塑性理论计算值与组合梁有限元模型模拟计算值相比较,发现二者十分接近,偏于安全,提出的组合梁正截面抗弯承载力修正简化塑性理论计算值具有足够的准确性和可靠性。     

GFRP管混凝土组合构件偏心受压力学性能数值分析

为了研究影响GFRP管约束混凝土柱的偏心受压力学性能的因素,利用有限元软件ABAQUS建立了GFRP管混凝土柱偏心受压模型,并分析了GFRP管纤维缠绕角度、GFRP管管壁厚度、混凝土强度等级以及含钢率等因素对构件偏压力学性能的影响,对数据进行回归处理并得到偏心受压承载力公式.结果表明:数值计算结果与试验结果吻合良好;增加GFRP管管壁厚度、提高混凝土强度等级以及增加含钢率均能提高组合柱偏压承载力,偏心受压承载力公式计算结果与试验结果吻合较好.     

混凝土强度对GFRP-混凝土-PVC管柱的轴压影响分析

在酸碱化学环境和潮湿环境中钢管容易被侵蚀,为提高结构的耐久性和承载力,在研究钢管混凝土柱和GFRP管混凝土柱的基础上,提出了GFRP-混凝土-PVC管新型组合柱。设计了一个GFRP-混凝土-PVC管组合柱,分析了组合柱的轴压力学性能,运用ANSYS对GFRP-混凝土-PVC管组合柱在不同混凝土强度等级下的轴压性能进行了数值分析。分析结果表明,随着混凝土强度的提高,GFRP-混凝土-PVC管组合柱的极限承载力提高,呈非线性变化,但承载力增长的速率减小;随着混凝土强度等级的提高,GFRP外管对核心混凝土的约束套箍效果降低,混凝土强度等级为C30时,组合柱约束能力最大,约束系数为2.31。     

薄壁轻钢矩管桁架梁的优化

薄壁轻钢矩管桁架梁由上、下弦矩管与Z撑经自攻螺钉连接而成,通常会发生上弦矩管局部压屈破坏,而受拉下弦管起不了控制作用的情况。为达到充分利用材料,降低工程造价且便于加工的目的,提出了一种新型的薄壁U形下弦轻钢桁架梁。首先,通过3个采用不同形式下弦的桁架梁试件的静力堆载试验,研究了上下弦截面面积、刚度以及截面形式的不同对整个桁架梁破坏模式、抗弯刚度和极限承载力的影响。然后,对6个不同下弦截面形式、截面面积及开口方向的模型梁进行了有限元分析。试验及分析结果表明,采用U形截面下弦代替矩形截面下弦管可行,正U形截面受力性能优于倒U形截面。     

热弯钢管CFST-外包RC复合节点受力性能

为研究某体育馆新型复合节点的受力性能,以该体育馆大跨桁架结构弦杆钢管弯曲后竖直插入地下钢筋混凝土框架柱的拱脚为原型,设计了3个采用热弯圆钢管的CFST-外包RC组合节点,进行了节点在弦杆受压、腹杆受拉的复杂受力下加载试验与有限元数值模拟,研究了热弯钢管残余应力、不同弯曲角度以及弦杆根部钢管内是否填充混凝土等对节点破坏形态、承载能力等受力性能的影响。结果表明：热弯钢管CFST-外包RC组合节点的破坏形态主要为弦杆根部钢管的屈曲破坏,节点承载力取决于弦杆根部受压承载力;钢管热弯产生的残余应力降低了节点刚度且钢管弯曲角度越大节点刚度降低越大,但对承载力基本没有影响;钢管内填混凝土可以显著提高节点刚度和承载力,节点刚度和承载力随钢管直径增大而增大。     

圆CFRP钢复合管混凝土轴压短柱试验研究

通过对8根圆CFRP(碳纤维增强塑料)钢复合管混凝土轴压短柱和4根圆钢管混凝土轴压短柱极限承载力的试验,研究CFRP对圆钢管混凝土轴压短柱的增强效果.分析了钢管约束效应系数和CFRP筒约束效应系数等对圆CFRP钢复合管混凝土轴压短柱极限承载力的影响.在本次试验的参数范围内,CFRP对圆钢管混凝土轴压短柱极限承载力的提高率近似随着CFRP的增加而线性增加;在其它条件相同的情况下,钢管约束效应系数越大,CFRP对圆钢管混凝土轴压短柱极限承载力的提高率越小.     

钢管混凝土桁梁管内混凝土受压应变状态

利用自制的内埋式混凝土应变计和通用有限元软件,对钢管混凝土桁梁试件受压弦杆管内填充混凝土的应变状态进行研究。试验研究结果表明,在单调加载条件下,自埋式混凝土应变计能准确测读受压弦杆管内混凝土的应变状态;混凝土应变随荷载增大呈双折线增长模式,桁梁试件破坏时混凝土受压应变达到5000με。当采用平面塑性梁单元对钢管混凝土桁梁进行整体分析时,不管弦杆受压还是受拉,管内混凝土均应考虑套箍效应;桁梁受压弦杆管内混凝土纵向应变有限元计算值与实测值吻合良好,桁梁试件破坏时混凝土应变处于高套箍状态。     

轴心受压组合T形短柱力学性能数值模拟分析

为研究轴心受压组合T形短柱力学性能,运用有限元软件ABAQU S建立有限元模型,考虑钢管厚度、混凝土强度和钢材强度等级以及肢厚的影响,对轴心受压钢管混凝土组合T形短柱的荷载-变形关系曲线进行模拟分析,并比较分析组合T形柱与普通T形柱的承载力与破坏形态。结果表明,组合T形柱极限承载力与钢材面积及屈服强度、混凝土面积及圆柱体抗压强度成正比;组合T形短柱的承载力比普通T形短柱的高,达到极限承载力时的变形更大,延性更好。     

钢管混凝土桁梁管内混凝土受压应变状态

利用自制的内埋式混凝土应变计和通用有限元软件,对钢管混凝土桁梁试件受压弦杆管内填充混凝土的应变状态进行研究.试验研究结果表明,在单调加载条件下,自埋式混凝土应变计能准确测读受压弦杆管内混凝土的应变状态;混凝土应变随荷载增大呈双折线增长模式,桁梁试件破坏时混凝土受压应变达到5 000 με.当采用平面塑性梁单元对钢管混凝土桁梁进行整体分析时,不管弦杆受压还是受拉,管内混凝土均应考虑套箍效应;桁梁受压弦杆管内混凝土纵向应变有限元计算值与实测值吻合良好,桁梁试件破坏时混凝土应变处于高套箍状态.     

双钢管混凝土柱轴压承载力的有限元分析

基于混凝土的塑性损伤模型及钢材的塑性流动模型,建立了双钢管混凝土轴压柱有限元模型.在此基础上,对双钢管混凝土轴压短柱的载荷-位移曲线进行了研究,重点分析了内外钢管之间的相互作用机理,影响该组合柱力学性能的主要因素.结果表明,内径大小及厚度的变化,对外径的约束力有明显的影响;同时,外径尺寸的变化对内径的约束力也有影响;试件的承载力随着核心混凝土强度、内外钢管的直径及壁厚的增大而增加.计算结果和试验结果总体上吻合良好.     

铝合金桁架步行桥设计及侧向稳定性分析

以跨度24m的开口下承式铝合金桁架步行桥为例,建立整体有限元分析模型,在桥体结构强度、刚度验算的基础上,对桥体结构进行非线性有限元分析,确定桥体结构在不同荷载组合作用下的极限承载力,以保证不会由于桁架上弦平面外失稳而造成桥体结构失效.